Warum können wir die Rückseite des Mondes von der Erde aus nicht sehen? Wie schwierig ist es für Chang’e-6, auf der Rückseite des Mondes zu landen?

Warum können wir die Rückseite des Mondes von der Erde aus nicht sehen? Der Grund, warum die Rückseite des Mondes von der Erde aus nicht zu sehen ist, liegt darin, dass die Rotationsperiode des Mondes mit seiner Umlaufperiode übereinstimmt. Dieses Phänomen wird als Gezeitensperre bezeichnet. Die Umlaufbahn des Mondes um die Erde dauert etwa 27,32 Tage, und seine Rotationsperiode beträgt ebenfalls 27,32 Tage, sodass der Mond der Erde immer mit der gleichen Seite zugewandt ist. Dies bedeutet, dass die Rückseite des Mondes für die Erde immer uneinsehbar ist und der Mensch die Rückseite des Mondes nur mit Raumsonden oder auf andere Weise direkt sehen kann.

Wie kam es also zur Gezeitensperre des Mondes? Die Gezeitensperre des Mondes ist ein langfristiger Prozess, der auf den Gravitationswechselwirkungen zwischen der Erde und dem Mond beruht. Hier sind die grundlegenden Schritte, wie die Gezeitensperre zustande kommt:

1. Gravitationsbedingte Gezeiteneffekte: Die Erde übt Schwerkraft auf den Mond aus und der Mond übt ebenfalls Schwerkraft auf die Erde aus. Da die Schwerkraft der Erde eine stärkere Kraft auf den Mond ausübt, verursacht sie Gezeitenverformungen auf der Mondoberfläche. Diese Verformung ändert sich ständig, während der Mond die Erde umkreist, da sich verschiedene Teile des Mondes abwechselnd der Erde nähern und sich von ihr entfernen.

2. Reibungseffekt: Da sich die Anziehungskraft der Erde auf den Mond ständig ändert, ändert sich auch die Gezeitenverformung des Mondes entsprechend. Dieser Gravitations-Gezeiteneffekt verursacht Reibung im Inneren des Mondes und wandelt Rotationsenergie in Wärme um.

3. Impulsübertragung: Aufgrund des Reibungseffekts verlangsamt sich die Rotationsgeschwindigkeit des Mondes allmählich, während seine Umlaufgeschwindigkeit unverändert bleibt. Dies führt dazu, dass die Rotationsperiode des Mondes allmählich zunimmt, bis sie schließlich seiner Umlaufzeit entspricht. Wenn die Rotationsperiode des Mondes seiner Umlaufperiode entspricht, ist der Mond gezeitengebunden.

4. Erreichen der Gezeitenkopplung: Im Zustand der Gezeitenkopplung ist eine Halbkugel des Mondes immer der Erde zugewandt, während die andere Halbkugel immer von der Erde abgewandt ist. Dies liegt daran, dass die Rotationsperiode des Mondes der Umlaufzeit entspricht, sodass die Längsachse des Mondes immer entlang der Linie verläuft, die Erde und Mond verbindet. Auf diese Weise werden weitere Verformungen und Reibungen durch Gezeitenkräfte vermieden.

Die Gezeitensperre ist ein langsamer Prozess, der Milliarden von Jahren dauert. Der Mond ist gezeitengebunden, sodass wir nur eine Seite davon sehen können. Dies erklärt auch, warum wir von der Erde aus immer nur dieselbe Seite des Mondes sehen.

Bildquelle: China Lunar Exploration and Deep Space Exploration Network

Die Landung von Chang'e 6 auf der Rückseite des Mondes ist sehr schwierig und sieht sich vor allem mit folgenden Schwierigkeiten konfrontiert:

1. Kommunikationsschwierigkeiten: Da die Rückseite des Mondes nicht direkt mit der Erde kommunizieren kann, ist Chang'e-6 zur Informationsübermittlung auf den Relaissatelliten „Queqiao“ angewiesen. Dies erhöht die Komplexität der Mission, da der Relaissatellit nicht ständig „online“ sein kann und möglicherweise nicht in der Lage ist, Anweisungen zu empfangen oder Daten rechtzeitig zu übertragen.

2. Komplexes Gelände: Das Gelände auf der Rückseite des Mondes ist komplex und wechselhaft und weist eine große Anzahl von Hindernissen wie Bergen und Einschlagkratern auf, was extrem hohe Anforderungen an die Konstruktion des Landers stellt. In der Vergangenheit hatte die Sowjetunion aufgrund des komplexen Geländes auf der Rückseite des Mondes mehrere Fehlschläge bei der unbemannten Monderkundung erlebt.

3. Unzureichendes Licht: Auf der Rückseite des Mondes fehlt direktes Licht, was die Navigation und Positionierung des Landers erschwert und auch die Energieversorgung der Solarmodule des Landers und die Temperaturregelung des Landers beeinträchtigt.

4. Extreme Temperaturunterschiede: Die Umgebung auf der Rückseite des Mondes ist extrem, mit enormen Temperaturunterschieden zwischen Tag und Nacht, was extrem hohe Anforderungen an die Materialien und die elektronische Ausrüstung des Landers stellt. Dies ist wie beim ersten Aufstieg des Mount Everest durch Menschenhand, voller Unbekanntem und einer Prüfung menschlichen Mutes und menschlicher Weisheit.

5. Autonome Navigationsfähigkeit: Da eine direkte Kommunikation mit der Erde nicht möglich ist, ist die autonome Navigationsfähigkeit eine wichtige Voraussetzung für Chang'e-6. Die autonome Navigationsfähigkeit kann sicherstellen, dass Chang'e-6 Aufgaben wie die Flugbahnkontrolle, die Auswahl eines sicheren Landepunkts und eine präzise Steuerung selbstständig erledigen kann.

6. Zeitliche Begrenzung der Probenentnahme: Aufgrund von Geländebeschränkungen ist die Probenentnahmezeit von Chang'e 6 auf der Rückseite des Mondes verkürzt, was bedeutet, dass es schwieriger wird, die Probenentnahmemission innerhalb einer begrenzten Zeit abzuschließen.

Die Schwierigkeit der Landung von Chang'e-6 auf der Rückseite des Mondes liegt in den Herausforderungen hinsichtlich Kommunikation, Gelände, Beleuchtung, Temperaturunterschied, autonomer Navigation und Probenentnahmezeit. Trotzdem gelang es der China Aerospace Science and Technology Corporation, diese Schwierigkeiten zu überwinden und Chang'e-6 eine erfolgreiche Landung auf der Rückseite des Mondes zu ermöglichen, wo die Probenentnahme beginnen konnte.

Bei der Durchführung seiner Probenrückführungsmission auf der Rückseite des Mondes stand Chang'e-6 vor einer einzigartigen Herausforderung: Aufgrund der Rotation des Mondes kann von seiner Rückseite aus keine direkte Sichtverbindung zur Erde hergestellt werden. Um dieses Problem zu lösen, ergriff das Forschungsteam folgende Maßnahmen:

1. Einsatz von Relaissatelliten: Das wissenschaftliche Forschungsteam hat den Relaissatelliten Queqiao-2 sorgfältig entworfen und eingesetzt. Er wurde präzise am Lagrange-Punkt L2 zwischen Erde und Mond positioniert, etwa 65.000 Kilometer vom Mond entfernt. Der Punkt L2 ist ein relativ stabiler Gravitationsgleichgewichtspunkt, von dem aus man gleichzeitig die Rückseite der Erde und den Mond sehen kann, was ihn zu einem idealen Ort für die Informationsübertragung macht.

2. Verwendung von Hochleistungsantennen: Um eine stabile Übertragung und einen stabilen Empfang von Daten zu gewährleisten, ist der Relaissatellit Queqiao-2 mit Hochleistungsantennen ausgestattet. Dieser Antennentyp kann Signale konzentriert senden und empfangen, wodurch die Stärke und Qualität von Kommunikationssignalen deutlich verbessert und hochwertige Kommunikationsverbindungen über große Entfernungen sichergestellt werden.

3. Entwurf eines Datenprotokolls: Um die Effizienz der Datenübertragung zu verbessern, kombinierte das Forschungsteam die Eigenschaften der Weltraumkommunikation und entwarf ein für die Fernübertragung geeignetes Datenprotokoll. Dieses Protokoll komprimiert und optimiert Daten während des Übertragungsvorgangs, wodurch die Datenübertragungsrate erheblich verbessert und die Übertragungsverzögerung verringert wird.

4. Aufbau eines globalen Empfangsnetzes: Um die Effizienz und Zuverlässigkeit der Datenübertragung weiter zu verbessern, arbeiten mehrere Empfangsstationen auf der Erde zusammen und bilden ein globales Empfangsnetz. Auf diese Weise ist zu jedem Zeitpunkt mindestens eine Empfangsstation in optimalem Zustand und kann Daten vom Relaissatelliten empfangen und verarbeiten, damit wissenschaftliche Forscher sie analysieren und nutzen können.